EP2554651A1 - Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage und Biogasanlage zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

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EP2554651A1
EP2554651A1 EP11006447A EP11006447A EP2554651A1 EP 2554651 A1 EP2554651 A1 EP 2554651A1 EP 11006447 A EP11006447 A EP 11006447A EP 11006447 A EP11006447 A EP 11006447A EP 2554651 A1 EP2554651 A1 EP 2554651A1
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EP
European Patent Office
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water
trp
tri
evaporation
digestate
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Withdrawn
Application number
EP11006447A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Niels Christian Holm
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP2554651A1 publication Critical patent/EP2554651A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/14—Drying

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a biogas plant with elimination of evaporation concentrates from the digestate treatment and a biogas plant for carrying out this method.
  • Biogas technology is a key renewable energy source because it not only provides climate-neutral energy, but can also be an important building block in the treatment / detoxification / disposal of organic waste and because biogas production is flexible with the production variations of other renewable energies (especially wind and sun) can be combined.
  • biogas technology with the digestate after fermentation provides a product whose quality as an organic bio-fertilizer very often exceeds the corresponding qualities of the input substrates and usually only turns them into biofertilizers.
  • the economically important digestate treatment processes include different dewatering processes and the digestate drying process.
  • a variety of biological processes and membrane processes are used.
  • Recently, the use of evaporation of the liquid fractions has also been added.
  • the evaporation offers the great advantage of complete recovery of all nutrients in concentrated, liquid form and the generation of a very unloaded condensate, which can be derived either directly or after a little intensive biological post-treatment directly into a receiving water.
  • the amount of concentrate is always much less than the amount of condensate.
  • the process combination of dewatering (single-stage or multistage) with subsequent evaporation (and optionally subsequent drying) of the liquid fraction of the dehydration involves the disadvantage that two different concentrated digestate fractions are generated.
  • the water content of the evaporation concentrates is still very high (usually 75-95%). This means that when using input substrates with low biogas potential (such as manure, excrement, manure and other organic residues), the heat energy content of the produced biogas (predominantly in the form of waste heat from cogeneration plants) is often insufficient to control the various fractions (the dehydrated digestate and the evaporation concentrate) to dry completely.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and a system for carrying out this method, which leads to a reduction in water and thus to a reduction in the amount of all digestate concentrates with reduced heat demand.
  • the TR in the dewatered fermentation residue fraction consists predominantly of TRP and the TR in the concentrating concentrate predominantly of TRI.
  • the reduction in quantity is achieved by partially “replacing" the water fraction of the dehydrated digestate (which has a much lower TRI concentration than the liquid concentrates) with the liquid concentrates, thus making the liquid concentrates completely or partially part of the water fraction of the dehydrated digestate. This is accomplished by remixing the liquid concentrates into the raw fermentation residue after dehydration and / or dehydration.
  • Evaporation is based on a concentration of 5% TRI. During balancing, the NH 4 / NH 3 concentrations are ignored because they are usually eliminated or recovered by means of stripping in the course of evaporation.
  • Liquid fraction from the drainage 360 m 3 / d, 0% TRP, 1% TRI, 99% water Eindampfkonzentrat: 72 m 3 / d, 0% TRP, 5% TRI, 95% water
  • Liquid fraction condensate: 288 m 3 / d, 0% TRP, 0% TRI, 100% water
  • 180 t / d are mixed with exactly 180 m 3 / d evaporation concentrate, 5% TRI, then exactly 9% TRP and exactly 3% TR.
  • the required drainage capacity of the screw presses increases by approx. 50%. This is a low technology level with little impact on investment and operating costs.
  • the required evaporation rate (determined only by the evaporation and condensation performance) only increases by about 25%. This is investment and, in particular, the operating costs much less than the approximately 40% saving in drying performance. The main reason for this is that more than 90% of the required heat can be recovered when condensing with condensation.
  • concentration in the evaporation can also be carried out less than in the example above.
  • concentration in the evaporation can also be carried out less than in the example above.
  • this additional amount would simply be disposed of in the water fraction of the dehydrated fermentation residues by a correspondingly higher recirculation amount of evaporation concentrate.
  • Evaporation is based on a concentration of 10% TRI.
  • TRI a concentration of 10% TRI.
  • the balance of the evaporation thus results in: Liquid fraction from the drainage: 360 m 3 / d 0% TRP, 0.5% TRI, 99.5% water Eindampfkonzentrat: 18 m 3 / d, 0% TRP, 10% TRI, 90% water
  • Liquid fraction condensate: 342 m 3 / d, 0% TRP, 0% TRI, 100% water
  • the evaporation is again based on a concentration to 10% TRI.
  • Liquid fraction from the drainage 450 m 3 / d, 0% TRP, 2% TRI, 98% water
  • Eindampfkonzentrat 90 m 3 / d, 0% TRP, 10% TRI, 90% water
  • Liquid fraction condensate: 360 m 3 / d, 0% TRP, 0% TRI, 100% water
  • the dewatering capacity is determined approximately to the same extent by the throughput hydraulic and throughput TR, it increases by approximately 10%.
  • the required evaporation rate (determined only by the evaporation and condensation performance) only increases by about 5%. This is investment and the operating costs much less than the approximately 18% reduction in drying capacity.
  • concentration in the evaporation can also be carried out less than in the example above.
  • concentration in the evaporation can also be carried out less than in the example above.
  • extremely problematic salt precipitations could occur, which in the worst case would make it impossible to evaporate to more than 8% TRI.
  • both methods can also be used with great advantages, if no fermentation residue drying is provided: then omitted in the context of the required storage volumes, the intermediate storage of the evaporation concentrates and also the utilization (in particular the transport) of the evaporation concentrates.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage, bei dem der anfallende Rohgärrest unter Gewinnung eines flüssigen Eindampfkonzentrats entwässert und getrocknet wird, bei dem das flüssige Eindampfkonzentrat zu dem Rohgärrest vor oder nach der Entwässerung rückgemischt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage unter Elimination von Eindampf - Konzentraten aus der Gärrestbehandlung und eine Biogasanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Unter den erneuerbaren Energien nimmt die Biogastechnologie eine Schlüsselstellung ein, weil sie nicht nur klimaneutral Energie liefert, sondern auch ein bedeutender Baustein bei der Behandlung / Entgiftung / oder Entsorgung organischer Abfälle / Reststoffe sein kann und weil die Biogasproduktion flexibel mit den Produktionsschwankungen anderer erneuerbarer Energien (insbesondere Wind und Sonne) kombiniert werden kann.
  • Des Weiteren liefert die Biogastechnologie mit den Gärresten nach der Vergärung ein Produkt, dessen Qualität als organischer Biodünger sehr oft die entsprechenden Qualitäten der Input-Substrate übersteigt und diese meist erst zu Biodünger macht.
  • Allerdings fallen sehr oft sehr große Mengen an Gärresten mit nur sehr geringen Nährsroffkonzentrationen (im Wesentlichen sind hiermit Stickstoff = N, Phosphor = P und Kalium = K gemeint) an. Die Speicherung und der Transport dieser Gärreste sind mit sehr hohen Kosten verbunden. Das gilt insbesondere für Gegenden, wo eine landwirtschaftliche Überversorgung mit Nährstoffen besteht, beispielsweise durch ein Übermaß an produzierter Gülle aus der Intensivtierhaltung. Hiervon sind in Europa insbesondere Niedersachsen, Holland, Belgien, Norditalien und Dänemark betroffen. Aus diesen Gegenden wird in großem Maßstab Gülle exportiert, weil vor Ort die Flächen fehlen um die Gülle aus zu bringen. Das führt dazu, dass in diesen Gegenden produzierte Gärreste oft übermäßig weit transportiert werden müssen.
  • Daher nimmt die Bedeutung der Gärrestbehandlung, bei der es sich nahezu immer um eine Mengenreduktion der Gärreste handelt, stetig zu.
  • Zu den wirtschaftlich bedeutenden Gärrestbehandlungsverfahren gehören unterschiedliche Entwässerungsverfahren und das Gärresttrocknungsverfahren. Um die großen Volumina der Flüssigfraktionen aus den Gärrestentwässerungen zu verringern, werden die unterschiedlichsten biologischen Verfahren und Membranverfahren eingesetzt. Neuerdings ist auch der Einsatz der Eindampfung der Flüssigfraktionen hinzugekommen.
  • Die Eindampfung bietet den großen Vorteil der vollständigen Rückgewinnung aller Nährstoffe in konzentrierter, flüssiger Form sowie die Generierung eines sehr unbelasteten Kondensates, das entweder direkt oder nach einer wenig intensiven biologischen Nachbehandlung direkt in einen Vorfluter abgeleitet werden kann. Die Konzentratmenge ist hierbei immer wesentlich geringer als die Kondensatmenge.
  • Die Verfahrenskombination Entwässerung (einstufig oder mehrstufig) mit nachfolgender Eindampfung (sowie gegebenenfalls nachfolgender Trocknung) der Flüssigfraktion der Entwässerung beinhaltet allerdings den Nachteil, dass zwei verschiedene konzentrierte Gärrestfraktionen generiert werden. Zudem ist der Wasseranteil der Eindampfkonzentrate immer noch sehr hoch (üblicherweise 75 - 95 %). Das bedeutet, dass bei Einsatz von Inputsubstraten mit nicht hohem Biogaspotential (wie z.B. Gülle, Kot, Mist sowie anderen organischen Reststoffen) der Wärme - Energiegehalt des produzierten Biogases (überwiegend in Form der Abwärme der Blockheizkraftwerke) oft nicht ausreichend ist, um die verschiedenen Fraktionen (die entwässerten Gärreste und das Eindampfkonzentrat) vollständig zu trocknen.
  • Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die zu einer Wasserverringerung und damit zu einer Mengenverringerung aller Gärrestkonzentrate bei reduziertem Wärmebedarf führt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 4 gelöst. Die Unteransprüche 2 und 3 geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
  • Vor der Erläuterung des neuen Verfahrens werden die hierfür wichtigen, grundlegenden Eigenschaften der beiden Konzentrate eingeführt:
    • Die entwässerten und eingedampften Gärreste bestehen aus Wasser und aus dem so genannten durch Verdampfung des Wassers im Labor ermittelten Trockenrückstand (= TR). Dieser Trockenrückstand besteht aus einem partikulärem Anteil TRP (überwiegend Faulschlammflocken) sowie aus einem ursprünglich in der Wasserfraktion gelösten Anteil TRI (überwiegend wasserlösliche Ionen wie Kalium, Magnesium, Kalzium, Phosphat, Karbonat, Chlorid usw.). Es gilt: TR = TRP + TRI.
  • Der TR in der entwässerten Gärrestfraktion besteht überwiegend aus TRP und der TR im Eindampfkonzentrat überwiegend aus TRI.
  • Erfindungsgemäß wird die Mengenverringerung erreicht, indem die Wasserfraktion der entwässerten Gärreste (die eine viel geringe TRI Konzentration aufweist als die flüssigen Eindampfkonzentrate) teilweise durch die flüssigen Eindampfkonzentrate "ersetzt" wird, die flüssigen Eindampfkonzentrate somit vollständig oder teilweise Teil der Wasserfraktion der entwässerten Gärreste werden. Das wird erreicht, indem die flüssigen Eindampfkonzentrate in die Rohgärreste nach der Entwässerung und/oder vor der Entwässerung rückgemischt werden.
    • Beispiel: Rückmischung nach der Entwässerung: Bisherige Verfahrensweise:
  • Da die Input-Substrate von Biogasanlagen (Mais, Gras, Stroh, Ganzpflanzensilase und ähnliches) oft über viel Strukturmaterial verfügen, wird meistens eine 2 - stufige Entwässerung gewählt, wobei in der ersten Stufe Schneckenpressen zum Einsatz kommen, die fast ausschließlich noch vorhandenes Strukturmaterial aus dem Rohgärrest entnehmen und aufkonzentrieren.
  • Es wird ausgegangen von 720 m3/d Rohgärreste nach der Vergärung mit einem TRP von 10 % und einem TRI von 1 %. Bei der Entwässerung wird nur der strukturelle TRP aus dem Rohgärrest entfernt und dieser auf 18 % TRP entwässert und ca. 6 % TRP in der Flüssigfraktion verbleibt. Die Bilanz dieser ersten Entwässerungsstufe ergibt somit:
    Rohgärrest: 720 m3/d, 10 % TRP, 1 % TRI, 89 % Wasser
    Entwässerter Gärrest: 240 t/d, 18 % TRP, 1 % TRI, 81 % Wasser
    Flüssigfraktion: 480 m3/d, 6 % TRP, 1 % TRI, 93 % Wasser
  • Für die zweite Entwässerungsstufe (z.B. mit Zentrifugen) wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass die Entwässerung den TRP vollständig aus dem Rohgärrest entfernt und diesen auf 24 % TRP entwässert. (In der betrieblichen Praxis erfolgt die Entfernung der restlichen TRP Fraktionen aus den Flüssigfraktionen der Entwässerung meistens mittels einer nachfolgenden Hochlastbiologie; das ist aber für die vorliegenden Zwecke und Erläuterungen unerheblich und wird daher vernachlässigt).
  • Die Bilanz der zweiten Entwässerungsstufe ergibt somit:
    Rohgärrest: 480 m3/d, 6 % TRP, 1 % TRI, 93 % Wasser
    Entwässerter Gärrest: 120 dd, 24 % TRP, 1 % TRI, 75 % Wasser
    Flüssigfraktion: 360 m3/d, 0 % TRP, 1 % TRI, 99 % Wasser
  • Bei der Eindampfung wird von einer Aufkonzentrierung auf 5 % TRI ausgegangen. Bei der Bilanzierung werden die NH4/NH3 Konzentrationen nicht beachtet, weil diese im Rahmen der Eindampfung üblicherweise mittels Strippung eliminiert bzw zurückgewonnen werden.
  • Die Bilanz der Eindampfung ergibt somit:
    Flüssigfraktion aus der Entwässerung: 360 m3/d, 0 % TRP, 1 % TRI, 99 % Wasser
    Eindampfkonzentrat: 72 m3/d, 0 % TRP, 5 % TRI, 95 % Wasser
    Flüssigfraktion = Kondensat: 288 m3/d, 0 % TRP, 0 % TRI, 100 % Wasser
  • Da bei diesem Beispiel die Rückmischung nach der Entwässerung der ersten Entwässerungsstufe betrachtet, verbleibt in den nachfolgenden Betrachtungen der entwässerte Gärrest der zweiten Entwässerungsstufe unberücksichtigt.
  • Die beiden Konzentratfraktionen entwässerter Gärrest der ersten Entwässerungsstufe und das Eindampfkonzentrat zusammen ergeben somit 312 t/d mit 13,846 % TRP und 1,923 % TRI (= 15,77 % TR). Der Rest mit 84,23 % = 262,8 m3 ist Wasser.
  • Die Bilanz der Trocknung dieser beiden Fraktionen auf 90 % TR ergibt somit:
    Konzentrate: 312 m3/d, 15,77 % TR, 84,23 % Wasser
    Trockengranulat: 54,67 t/d, 90 % TR, 10 % Wasser
    Verdampftes Wasser: 257,33 m3/d, 0 % TR
  • Nach diesem herkömmlichen Verfahren müssen somit bei vollständiger Gärresttrocknung dieser beiden Fraktionen 257,33 m3/d = 10,72 m3/h Wasser verdampft werden. Mit einer Trocknungseffektivität von 1 MWWärme/m3 Wasser besteht somit ein Wärmebedarf von 10,72 MW.
  • Für die Einbringung der flüssigen Eindampfkonzentrate in die Trocknung muss mit Trockengranulat rückgemischt werden; das beinhaltet erhebliche finanzielle Mehraufwendungen.
  • Die einzelnen Behandlungsstufen müssen daher wie folgt ausgelegt werden:
    Durchsatz hydraulisch/d / Durchsatz TRP/d Verdampfungsleistung
    1. Entwässerung 720 m3/d 72 t/d
    Eindampfung 360 m3/d 12,00 m3/h
    Trocknung 312 t/d 10,72 m3/h
    • Verfahren nach Anspruch 2:
  • Von den 240 t/d entwässerter Gärrest der ersten Entwässerungsstufe mit 18 % TRP und 1 % TRI werden 180 t/d mit genau 180 m3/d Eindampfkonzentrat, 5 % TRI, auf dann genau 9 % TRP und genau 3 % TR vermischt.
  • Diese 360 m3/d werden erneut mit einer Schneckenpresse auf 180 t/d 18 % TRP entwässert (der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass die Flüssigfraktion 0 % TRP enthält). Genau dann bleibt kein Eindampfkonzentrat übrig. Die Bilanz dieser zusätzlichen Entwässerung ergibt somit:
    Entw. Gärrest + Eindampfkonz.: 360 m3/d, 9 % TRP, 3 % TRI, 88 % Wasser
    Entwässerter Gärrest: 180 t/d, 18 % TRP, 3 % TRI, 79 % Wasser
    Flüssigfraktion: 180 m3/d, 0 % TRP, 3 % TRI, 97 % Wasser
  • Bei der Eindampfung wird wiederum von einer Aufkonzentrierung auf 5 % TRI ausgegangen. Da der Eindampfung die zusätzlichen 180 m3/d zugeführt werden, ergibt die Bilanz der Eindampfung somit:
    Flüssigfraktion aus den Entwässerungen: 540 m3/d, 0 % TRP, 1,667 % TRI, 98,33 % Wasser
    Eindampfkonzentrat: 180 m3/d, 0 % TRP, 5 % TRI, 95 % Wasser
    Flüssigfraktion = Kondensat: 360 m3/d, 0 % TRP, 0 % TRI, 100 % Wasser
  • Da die 180 m3/d Eindampfkonzentrat vollständig rezirkuliert werden müssen (siehe oben), damit der ganze TRI in der Wasserphase der entwässerten Gärreste der ersten Entwässerungsstufe landet, verbleibt keinerlei zu speicherndes und zu entsorgendes Eindampfkonzentrat.
  • Somit müssen nur die beiden entwässerten Gärrestfraktionen (180 t/d mit 3 % TRI und 60 t/d mit 1 % TRI, beide 18 % TRP) auf 90 % TR getrocknet werden:
    Entwässerte Gärreste: 240 m3/d, 20,5 % TR, 79,5 % Wasser
    Trockengranulat: 54,67 t/d, 90 % TR, 10 % Wasser
    Verdampftes Wasser: 185,33 m3/d, 0 % TR
  • Nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren müssen somit bei vollständiger Gärresttrocknung nur 185,33 m3/d = 7,72 m3/h Wasser verdampft werden. Mit einer Trocknungseffektivität von 1 MWWärme/m3 Wasser besteht somit ein Wärmebedarf von 7,72 MW. Das sind 3 MW weniger als nach dem herkömmlichen Verfahren.
  • Die einzelnen Behandlungsstufen müssen daher wie folgt ausgelegt werden:
    Durchsatz hydraulisch/d / Durchsatz TRP/d Verdampfungsleistung
    Entwässerung 1.080 m3/d 104,4 t/d
    Eindampfung 540 m3/d 15 m3/h
    Trocknung 240 t/d 7,72 m3/h
  • Die erforderliche Entwässerungsleistung der Schneckenpressen erhöht sich ca. um 50 %. Hierbei handelt es sich um eine Niedrig-Technologie-Stufe mit nur geringen Auswirkungen auf die Invest- und Betriebskosten.
  • Die erforderliche Eindampfleistung (bestimmt nur durch die Verdampfungs- und Kondensationsleistung) erhöht sich nur um ca. 25 %. Das ist investiv und insbesondere seitens der Betriebskosten viel weniger als die ca. 40 % Einsparung der Trocknungsleistung. Der Hauptgrund hierfür ist, dass bei der Eindampfung mit Kondensation über 90 % der erforderlichen Wärme zurückgewonnen werden kann.
  • Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Aufkonzentrierung in der Eindampfung auch geringer durchgeführt werden kann, als nach dem obigem Beispiel. Je nach Ionenzusammensetzung der Flüssigfraktion nach der Entwässerung könnte es z.B. ab 4 % TRI im Eindampfkonzentrat zu äußerst problematischen Salzausfällungen kommen, die im schlimmsten Fall eine Eindampfungsleistung auf über 4 % TRI unmöglich machen würde.
  • Nach dem herkömmlichen Verfahren würde dann entsprechend mehr Eindampfkonzentrat anfallen (mit entsprechend höheren Lager- und Transportkosten). Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren würde diese Mehrmenge schlicht in der Wasserfraktion der entwässerten Gärreste entsorgt werden durch eine entsprechend höhere Rezirkulationsmenge an Eindampfkonzentrat.
  • Bei diesem Verfahren nach Anspruch 2 fallen nach obigem Beispiel zusätzlich ca. 180 m3/d Flüssigfraktion mit ca. 3 % TRI an. Diese können wahlweise direkt in die Eindampfung rezykliert werden (wie nach obigem Beispiel) oder sie können auch der zweiten Entwässenmgsstufe zugeführt werden. Dann würden mit dem entwässerten Gärrest der zweiten Entwässerungsstufe deutlich höhere TRI Mengen entfernt werden als nach dem herkömmlichen Verfahren. Das bedeutet, dass dann deutlich weniger als 180 m3/d Eindampfkonzentrat rezykliert werden müsste. Welche Alternative gewählt wird oder optimal ist, hängt vom einzelnen großtechnischen Einsatzfall ab.
  • In Fällen in denen keine oder nur geringe Mengen an Input - Substraten mit nennenswerten Strukturanteilen zugeführt werden, entfällt eine erste Niedrig-Technologie Entwässerungsstufe mit Schneckenpressen. Dann ist nur der Einsatz einer Hochtechnologie - Entwässerungsstufe, beispielsweise mit Zentrifugen, sinnvoll. In einem solchen Fall ist auch die Implementierung des Verfahrens nach Anspruch 2 möglich, allerdings weniger sinnvoll, da in einem solchen Fall die Rückmischung/Verdünnung mit Eindampfkonzentrat viel aufwendiger und teurer wäre und mit einem hohen zusätzlichen Verbrauch an Flockungshilfsmitteln verbunden wäre.
  • In einem solchen Fall wird die Rückmischung vor der Entwässerung vorgeschlagen (Anspruch 3):
    • Beispiel: Rückmischung vor der Entwässerung: Bisherige Verfahrensweise:
  • Es wird ausgegangen von 480 m3/d Rohgärreste nach der Vergärung mit einem TRP von 6 % und einem TRI von 0,5 %. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass die Entwässerung den TRP vollständig aus dem Rohgärrest entfernt und diesen auf 24 % TRP entwässert. (In der betrieblichen Praxis erfolgt die Entfernung der restlichen TRP Fraktionen aus den Flüssigfraktionen der Entwässerung meistens mittels einer nachfolgenden Hochlastbiologie, das ist aber für die vorliegenden Zwecke und Erläuterungen unerheblich und wird daher vernachlässigt). Die Bilanz der Entwässerung ergibt somit:
    Rohgärrest: 480 m3/d, 6 % TRP, 0,5 % TRI, 93,5 % Wasser
    Entwässerter Gärrest: 120 t/d, 24 % TRP, 0,5 % TRI, 75,5 % Wasser
    Flüssigfraktion: 360 m3/d, 0 % TRP, 0,5 % TRI, 99,5 % Wasser
  • Bei der Eindampfung wird von einer Aufkonzentrierung auf 10 % TRI ausgegangen. Bei der Bilanzierung werden die NH4/NH3 Konzentrationen nicht beachtet, weil diese im Rahmen der Eindampfung üblicherweise mittels Strippung eliminiert werden. Die Bilanz der Eindampfung ergibt somit:
    Flüssigfraktion aus der Entwässerung: 360 m3/d 0 % TRP, 0,5 % TRI, 99,5 % Wasser
    Eindampfkonzentrat: 18 m3/d, 0 % TRP, 10 % TRI, 90 % Wasser
    Flüssigfraktion = Kondensat: 342 m3/d, 0 % TRP, 0 % TRI, 100 % Wasser
  • Beide Konzentratfraktionen zusammen ergeben somit 138 t/d mit 20,87 % TRP und 1,74 % TRI (= 22,61 % TR). Der Rest mit 77,39 % = 107,8 m3 ist Wasser.
  • Die Bilanz der Trocknung dieser Fraktion auf 90 % TR ergibt somit:
    Konzentrate: 138 m3/d, 22,61 % TR, 77,39 % Wasser
    Trockengranulat: 34,67 t/d, 90 % TR, 10 % Wasser
    Verdampftes Wasser: 103,33 m3/d, 0 % TR
  • Nach diesem herkömmlichen Verfahren müssen somit bei vollständiger Gärresttrocknung 103,33 m3/d = 4,31 m3/h Wasser verdampft werden. Mit einer Trocknungseffektivität von 1 MWWärme/m3 Wasser besteht somit ein Wärmebedarf von 4,31 MW.
  • Für die Einbringung der flüssigen Eindampfkonzentrate in die Trocknung muss mit Trockengranulat rückgemischt werden; das beinhaltet erhebliche finanzielle Mehraufwendungen.
  • Die einzelnen Behandlungsstufen müssen daher wie folgt ausgelegt werden:
    Durchsatz hydraulisch/d / Durchsatz TRP/d Verdampfungsleistung
    Entwässerung 480 m3/d 28,8 t/d
    Eindampfung 360 m3/d 14,25 m3/h
    Trocknung 138 t/d 4,31 m3/h
    • Verfahren nach Anspruch 3
  • Die 480 m3/d Rohgärrest werden mit Konzentrat der Eindampfung vermischt und der Entwässerung zugeführt. Damit der gesamte TRI in der Wasserphase des entwässerten Gärrestes überführt wird, muss genau 90 m3/d Eindampfkonzentrat rezirkuliert werden; genau dann bleibt kein Eindampfkonzentrat übrig. Die Bilanz dieser Entwässerung ergibt somit:
    Rohgärrest + Eindampfkonz.: 570 m3/d, 5,053 % TRP, 2 % TRI, 92,95 % Wasser
    Entwässerter Gärrest: 120 t/d, 24 % TRP, 2 % TRI, 74 % Wasser
    Flüssigfraktion: 450 m3/d, 0 % TRP, 2 % TRI, 98 % Wasser
  • Bei der Eindampfung wird wiederum von einer Aufkonzentrierung auf 10 % TRI ausgegangen.
  • Die Bilanz der Eindampfung ergibt somit:
    Flüssigfraktion aus der Entwässerung: 450 m3/d, 0 % TRP, 2 % TRI, 98 % Wasser
    Eindampfkonzentrat: 90 m3/d, 0 % TRP, 10 % TRI, 90 % Wasser
    Flüssigfraktion = Kondensat: 360 m3/d, 0 % TRP, 0 % TRI, 100 % Wasser
  • Da die 90 m3/d Eindampfkonzentrat vollständig rezirkuliert werden müssen (siehe oben), damit der ganze TRI in der Wasserphase der entwässerten Gärreste landet, verbleibt keinerlei zu speicherndes und zu entsorgendes Eindampfkonzentrat.
  • Somit muss nur der entwässerte Gärrest auf 90 % TR getrocknet werden:
    Entwässerter Gärrest: 120 m3/d, 26 % TR, 74 % Wasser
    Trockengranulat: 34,67 t/d, 90 % TR, 10 % Wasser
    Verdampftes Wasser: 85,33 m3/d, 0 % TR
  • Nach diesem Verfahren nach der Erfindung müssen somit bei vollständiger Gärresttrocknung nur 85,33 m3/d = 3,65 m3/h Wasser verdampft werden. Mit einer Trocknungseffektivität von 1 MWWärme/m3 Wasser besteht somit ein Wärmebedarf von 3,65 MW. Das sind 0,75 MW weniger als nach dem herkömmlichen Verfahren.
  • Die einzelnen Behandlungsstufen müssen daher wie folgt ausgelegt werden:
    Durchsatz hvdraulisch/d / Durchsatz TRP/d Verdampfungsleistung
    Entwässerung 570 m3/d 28,8 t/d
    Eindampfung 450 m3/d 15 m3/h
    Trocknung 120 t/d 3,65 m3/h
  • Da die Entwässerungsleistung ungefähr im gleichen Maße vom Durchsatz Hydraulik und Durchsatz TR bestimmt wird, erhöht sie sich ca. um 10 %. Die erforderliche Eindampfleistung (bestimmt nur durch die Verdampfungs- und Kondensationsleistung) erhöht sich nur um ca. 5 %. Das ist investiv und seitens der Betriebskosten viel weniger als die ca. 18 % Einsparung der Trocknungsleistung.
  • Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Aufkonzentrierung in der Eindampfung auch geringer durchgeführt werden kann, als nach dem obigem Beispiel. Je nach Ionenzusammensetzung der Flüssigfraktion nach der Entwässerung könnte es z.B. ab 8 % TRI im Eindampfkonzentrat zu äußerst problematischen Salzausfällungen kommen, die im schlimmsten Fall eine Eindampfungsleistung auf über 8 % TRI unmöglich machen würde.
  • Nach dem herkömmlichen Verfahren würde dann entsprechend mehr Eindampfkonzentrat anfallen (mit entsprechend höheren Lager- und Transportkosten). Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren würde diese Mehrmenge schlicht in der Wasserfraktion der entwässerten Gärreste durch eine entsprechend höhere Rezirkulationsmenge an Eindampfkonzentrat entsorgt werden.
  • Selbstverständlich kann das Verfahren nach Anspruch 3 auch im Rahmen einer ersten Nieder-Technologie Entwässerungsstufe implementiert werden.
  • Des Weiteren können beide Verfahren beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Des Weiteren können beide Verfahren auch mit großen Vorteilen eingesetzt werden, wenn keine Gärresttrocknung vorgesehen ist: Dann entfällt im Rahmen der erforderlichen Speichervolumina die Zwischenspeicherung der Eindampfkonzentrate und auch die Verwertung (insbesondere der Transport) der Eindampfkonzentrate.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage, bei dem der anfallende Rohgärrest unter Gewinnung eines flüssigen Eindampfkonzentrats entwässert und getrocknet wird, gekennzeichnet durch Rückmischen des flüssigen Eindampfkonzentrats zu dem Rohgärrest.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückmischen des flüssigen Eindampfkonzentrats zu dem Rohgärrest nach dessen Entwässerung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückmischen des flüssigen Eindampfkonzentrats zu dem Rohgärrest vor dessen Entwässerung erfolgt.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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